除了美容，合成生物学还在生活的这些方面帮助我们

相对于“医疗美容”，“生活美容”是非侵入非创伤性的，是指运用化妆品、保健品和非医疗器械等，采用涂擦、喷洒或者其他类似方法，应用于皮肤、毛发、指甲、口唇等人体表面部位，达到清洁、消除不良气味、护肤、美容和修饰的目的。目前，通过合成生物学结合基因编辑技术合成的化妆品原料有：透明质酸、羟基积雪草苷、角鲨烯、白藜芦醇、辅酶Q10、胶原蛋白、茶多酚，广泛应用于护肤面霜、精华液等产品中，分别起到保湿、抗 炎、修复、抗氧化抗衰等功效。通过工程酵母发酵生产的Valencene和Nootkatone分别被用于香水和化妆品中以提供橙子和葡萄柚的香气；同样，通过对藻类进行改造，总部位于加州旧金山的Solazyme将这些微藻自然产生的油供应给丝芙兰用于添加到其所销售的化妆品之中。由于具有开发时间短、开发成本和风险低等特点，越来越多的化妆品原料通过发酵的方式替代传统的从自然界提取的方式，国内也有越来越多的企业通过合成生物学新技术成为众多品牌化妆品企业的原料供应商。

随着合成生物学的快速发展，其所涉及的技术范围也不断扩大，并与其他领域有相当大的重叠，除了通过生物勘探技术筛选鉴定天然源小分子、大分子的生物活动，发展化妆品、生物修复和药物等产品外，还在科研和工业中使用的技术有：遗传元件（启动子、终止子、RBS）、广谱宿主质粒、代谢工程、DNA测序、密码子优化、DNA数据存储、蛋白质工程、CRISPR-Cas、多路复用基因组编辑、高通量筛选和自动化、微生物组工程、DNA组装、基因驱动、无细胞系统、遗传逻辑电路、建模和机器学习、DNA合成、定向进化；仅停留在科研阶段的有：基因组小型化、自组织多细胞结构、合成染色体、异种生物学和合成细胞器。这些技术未来将进一步推动合成生物学成为下一代生物制造，形成一场制造革命，探索替代原料和生产工艺，并进一步延伸到开发性能更好的产品，广泛影响我们的生产和生活。

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新一代生物制造

利用微生物按需生产化学品、利用农业和能源作物、二氧化碳、农业和工业废物等原料生产生物基燃料和化学品、新型功能材料和利用藻类生产生物燃料。

2007年国务院发布的“限塑令”，将生物降解塑料材料推向了历史舞台，而其中的“种子选手”则是聚乳酸（PLA），广泛应用于一次性餐具、塑料包装、3D打印等领域。Total Corbion PLA位于泰国罗勇府的设计年产能7.5万吨PLA的工厂已实现满产运行，同时又宣布将在法国Grandpuits建造第二家即欧洲第 一家产能10万吨的PLA工厂。全 球PLA第 一梯队除了Total Corbion之外，还有美国NatureWorks公司，中国丰原集团和海正生物材料公司，其中丰原集团依托自身发酵国家工程研究中心还实现了年产3万吨一步发酵法L-苹果酸生产示范线建设；浙江海正2023年更是将PLA年产能扩大到15万吨。作为基于化石燃料的传统塑料的替代材料，使用微生物发酵还可生产的生物降解聚合物有，聚丁二酸二醇酯（PBS）和聚羟基链烷酸酯（PHA），通过合成生物学研究可优化筛选宿主生物、酶和代谢途径。作为亚洲为数不多的通过微生物发酵进行PHA商业生产的企业，BluePHA蓝晶微生物已建成年产5000吨的超级工厂，并将在二期形成25000吨的年产能供应。

日本的 Spiber 和美国的 Bolt Threads 等公司已经开发出源自蜘蛛丝蛋白的发酵产品，这些产品重量轻，具有理想的机械性能。总部位于新加坡的丰益国际（Wilmar International）和美国的Elevance在印度尼西亚成立了一家合资生物精炼厂，产能为180kMT，利用当地的棕榈油生产新型特种化学品。通过开发CO2光合代谢工程，台湾科学家使用蓝藻生产丁酸盐。

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未来医学

使用活细胞和无细胞系统按需生产、使用CRISPR - Cas对遗传性疾病进行精确的基因组编辑、工程微生物和噬菌体作为治疗药物、CRISPR - Cas用于病毒的敏感检测。

在重组DNA技术出现之前，大多数药品仅限于小分子，而合成生物学通过扩大治疗药物生产能力，将进一步推动制药行业的进步。第 一个商业化合成的人胰岛素于1982年利用工程大肠杆菌生产，替代了从动物中提取它的历史标准；而青蒿素和 大 麻 素的微生物生产则是替代了传统植物的来源；而无细胞系统（CFPS）由于可以采用冻干方式，具有便携式、按需生产的特点，可生产从小分子、短肽到抗体偶联物和疫苗等药物，未来将彻底改变药品的制造和分销模式。

2017年FDA批准了 首 个 CAR-T细胞疗法，随后2018年又为第 一个直接给药的基于病毒载体的基因疗法上市开绿灯，此外，工程化免疫细胞又进一步拓展到NK和巨噬细胞，工程细菌、单物种或多物种联盟也正在开发用于皮肤、胃肠道和其他微生物组相关疾病，工程噬菌体也被用于高效特异性抗 菌剂应用于强化癌症治疗，这些开创性的细胞和基因疗法的例子预示着合成生物学将为未来医学带来更多的治疗创新。

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粮食、农业和环境基因组编辑作物，提高产量、抗病性和改善营养，微生物肥料，微生物降解传统塑料，工程微生物回收电子废物。

民以食为天，面对当前人口增长所带来的粮食安全的挑战，全 球在粮食和农业技术方向进行了大量的投资，主要聚焦在提高农作物产量和改善营养成分两个方向。基因组编辑驱动的精确育种大大提高了植物合成生物学选择理想性状的效率；有三种策略可以提高作物的产量，即提高固碳效率、尽量减少植物呼吸性CO2损失和建立非豆科作物固碳机制；通过基因组编辑技术设计香米、设计含有维生素A原的“黄金大米”用于改善维生素A缺乏地区营养负担、设计增强小麦对 白 粉 病的抵抗能力、提高水稻抗细菌枯萎病能力；利用酵母生产母乳低聚糖作为配方奶的补充、生产植物或动物细胞替代蛋白产品用于替代能量和资源密集型动物肉等。而早在2014年，瑞士合成生物学公司Evolva就利用基因编辑技术使用酵母将糖转化为食品添加剂香兰素。

总部位于美国的Pivot Bio开发出了一种基于微生物的玉米肥料，有望取代传统肥料避免化学污染的同时，更好地提高作物产量；除了前文提到的替代传统塑料的生物降解聚合物外，还可通过在提高PTE降解菌Ideonella sakaiensis和两种关键酶的效率，通过合成生物学蛋白质工程实现酶的定向进化，降低塑料污染；此外，还可通过基因工程微生物生物积累进行重金属和稀土元素的回收，减少电子废物污染和提升回收效率升级回收模式。

工欲善其事必先利其器，合成生物学大规模试错工程实验对生物制造的发展形成了巨大的挑战，这些挑战超出了传统的劳动密集型研究方法的能力，因此，建立高通量工程研究平台势在必行。随着 全 球 各个国家对合成生物学下一代生物制造的重视与投入，国内外许多公司和研究机构都开发了以自动化合成生物学技术为中心的自动化DNA组装平台BioFoundry，这些BioFoundry的建立，既适用于研究，也适用于工业应用，为简化复杂的研究程序和促进各领域创新提供了无与伦比的强大动力。作为 全 球 领先的实验室自动化制造商，贝克曼库尔特生命科学为您提供专业的从硬件到软件，以及应用开发整体解决方案，在合成生物学、基因组和蛋白质组研究等各个领域享有很高的声誉。秉承创新、简单易用、智能与自动化的理念，同时兼顾国际化和本地化的技术服务，不仅能提高实验处理通量和效率，更能保证高质量的结果产出。正因如此，Lesaffre Biofoundry通过3台Biomek液体处理工作站，Echo声波移液系统及超过60种设备的整合系统，实现将原有手工处理样本的传统方式进化到每天处理数千个。例如在第二轮菌株筛选中，采用多种菌株表型assay或生长监测，评估分离在384孔板中的不同菌株。该Biofoundry可以处理高达100,000菌株，对一些特定方法每天可开展20,000个assays。

相信未来在小贝和众多Biofoundry的共同协作与努力下，更多的生物制造产品将不断推陈出新，以更节能、环保、健康的方式深入影响我们生活的方方面面。

图 Lesaffre Biofoundry

参考文献

1、化妆品与医疗美容产品科普知识之一：医疗美容产品不是化妆品　应由医生操作使用；国家药品监督管理局https://www.nmpa.gov.cn/xxgk/kpzhsh/kpzhshhzhp/20190905160901577.html

2、Hayden EC. Synthetic-biology firms shift focus. Nature. 2014 Jan 30;505(7485):598. doi: 10.1038/505598a. PMID: 24476868.

3、满负荷！Total Corbion PLA泰国官宣7个季度达成10万吨里程碑 下一个丰原？海正？；聚如如咨询https://jururu.info/news/762

4、“椒”傲｜海正生材：做国内聚乳酸的“拓荒者”；澎湃新闻https://www.thepaper.cn/newsDetail_forward_19547774

5、Mao N, Aggarwal N, Poh CL, Cho BK, Kondo A, Liu C, Yew WS, Chang MW. Future trends in synthetic biology in Asia. Adv Genet (Hoboken). 2021 Mar 5;2(1):e10038. doi: 10.1002/ggn2.10038. PMID: 36618442; PMCID: PMC9744534.

6、Ma Y, Zhang Z, Jia B, Yuan Y. Automated high-throughput DNA synthesis and assembly. Heliyon. 2024 Feb 25;10(6):e26967. doi: 10.1016/j.heliyon.2024.e26967. PMID: 38500977; PMCID: PMC10945133.